化工分离过程-06PPT课件
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出
nj[xi,jl（ ni,jxi,j)] （611） 进
二元混合物分离 分成 ：纯组
WminT,RTnF[xA,Fl（ n A,FxA,F） xB,Fl（ n B,FxB,F） ] （612）
例6-1； 例6-2
-
8
传热速率： Q n k H k n jH j W m ， T in
◆ 理想气体出 ： 进
25）为： W净
QT（0 T1C
1 TR
）>
0
(6 26)
由 6 （ 2） 0W ： 净 B 分 离 T 0 S 产生
有 W ： 净 > B 分离
定义分离过程热力率学：效
B分离- W净1
非等温可逆 过程为1。
14
例6-3 设环境温度T0=294K，计算：
1. 再沸器负荷（冷凝器负荷给定）
2. 有效能变化
式（6-20），T（i 6-22）中：
Hxi,F CP,idT
(623)
i
TF
Si xi,F(TTFi CTP,idT-Rlnxi,F PiPF)
(624)
返回 12
6.1.3净功消耗和热力学效率
通常，分离过程所需的能量多半是以热能形式 而不是以功的形式提供的。
一般以W净计算能量：
净功消耗：— W净=W入—W出
第三节 分离顺序的选择
返回
-
3
第一节 分离的最小功和热力学效率
6.1.1 等温分离最小功
6.1.2 非等温分离和有效能
6.1.3 净功消耗和热力学效率
返回
-
4
6.1.1 等温分离最小功
热力学第二定律：完成同一变化的任何可 逆过程所需功相等。
连续稳定分离系统：
n1,zi,1, H1
n2,zi,2, H2
一般分离过程：
TC
原料
QC
QR TR
可逆热机功：
产物
W入
Q
R（
T
R TR
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
T0
）
W出
Q
C（
TC TC
T
0
）
-
13
过程消耗的净功：
W净W入W出 分离 QR （ 过 TRT 程 RT0） 产 Q 生 C （ T 料 的 CT C的 T 焓 0） 焓 （ 与6 差 原 2） 5别极小
有： QRQCQ
（6
出
TQS产生0（616）
S产生 ：不可逆过程引变起的熵
设T0 — 环境温度 （规定：海洋、大气、 河水温度）
用 T0乘6（ 1） 6 后6与 1） 5（合并：
n（ kHkT0Sk） n（ j HjT0Sj） T0S产生
出
进
（ 1T T0） QW - S （ 61） 7 10
有效B 能 H 定 T 0S代 义6 入 ： 1） 7 （
物料在相 T、 同 P下 的进入和离开热 ，为 0且混合
故：焓0（ 变H 为0）。 QWmi， nT ◆ 理想溶液液相混合物：
在环境温度压 和力 接下 近进 环入 境和离开
故：焓变 0（ H 也0为 ）。 QWmi， nT
◆ 非理想溶液：
Q （ W m， iT n ） n kH k E njH E j
nm1,zi,m1,Hm1
nm,zi,m,Hm
QW
进出系统物流变量：
系统对环境作功：
z n， i，H，S（熵），Q -
W
5
按热力学第一 （能 定量律 守： 恒）
njHj QnkHkW （61）
进
出
设等温可逆过程：
QT[nkSknjSj] （ 62）
出
进
将 6 2 ） （代 6 1 ） 入 ： （
nkBknjBj T0S产生
出
进
B分离 T0S产生（62） 0
W净 > B分离 (非等温不可逆过程）
-
11
非等温可逆过程： W净 B分离 （S产生 0）
有效能定 B义 H： T0S WmiTn0,B分离 HT0S （62） 2
——过程的热量T0与 的温 热度 库为 交换 W净WmiTn0,B分离 HT0S（可逆过
出
进
（6 9）
若将组 AB 构 分成二元混合 成物 纯 A、B ， 气分 体离 nW Fm RiT T n, [yA,FlnyA,F- yB,FlnyB,F]（ 617 ） 0
二、分离低压下液体混合物
fˆi ixi fi0L 代入6（ 8）： WminT,RTnk[xi,kl（ n i,kxi,k)]
出 n kB k进 njB jT 0 S 产 （ 生 1T T 0） Q W S （ 61） 8
由卡诺循环，等 可当 逆功 热： 机
WCQ（1TT0）（温度 T的 为热源 T0环 向境传热所作
净 W Q净 — 功 — W 消 热 C量 T耗 W 0， ； ST： ——环境 分离、过热 程有源 效能温变度 化
第六章 分离过程的节能
教师：何寿林 制作：何寿林
-
1
混合过程为不可逆过程，其 逆过程（分离过程）耗能。
学习本章意义：
1.确定完成一个分离过程所需理 论最小能量；
2.确定接近此能量极限的实际过
程，或减小使用昂贵能量的实际过
程。
-
2
第六章 分离过程的节能
第一节 分离的最小功和热力学效率
第二节 精馏的节能技术
出
进
nkHkEnjHE j ：过剩焓变化
出
进
正偏差溶液：正 过， 剩过 焓程 为为吸热 负偏差溶液：-负 过， 剩过 焓程 为为返放 回9 热
6.1.2非等温分离和有效能
nkHk njHj QWS （615）
出
进
Q：从温度T的 为热源向过程传递热量
WS：过程对环境所作的功
熵平衡：njSj
进
nkSk
W m T i n n k ,H k n jH j T [ n k S k n jS j]
出进
出进
即 W m ： T i n H ,T （ S ）
自由焓 G H 定 TS 义：
W mT i n ,G n kG k njG j（ 65 ）
出进
-
6
混合物的 G 自 zii 由焓：
3. 净功消耗
4. 热力学效率
解：计算机准：1小时
1. 由图解得：D=159.21kmol/h
W=112.95kmol/h
F=272.16kmol/h
全塔热量衡算：QR=34311918.14kJ/h
-
15
T0=294K
QC=32401526kJ/h
319.8K, 1930.5kPa 159.21kmol/ h H D 12793.9kJ / kmol SD 74.69kJ /(kmol K)
ii0R（ T ln fˆiln fˆi0）
W mT i nR , [ Tn（ k zi,kln fˆi,k) n （ j zi,jln fˆi,j)]
出
进
(6 8)
一、分离理想气体混合 物
z i y i f ˆi y iP代6 入 8 ）（ ：
W m T iR n[ , T n （ k y i,k ly n i,k ) n （ j y i,jly n i,j)]
nj[xi,jl（ ni,jxi,j)] （611） 进
二元混合物分离 分成 ：纯组
WminT,RTnF[xA,Fl（ n A,FxA,F） xB,Fl（ n B,FxB,F） ] （612）
例6-1； 例6-2
-
8
传热速率： Q n k H k n jH j W m ， T in
◆ 理想气体出 ： 进
25）为： W净
QT（0 T1C
1 TR
）>
0
(6 26)
由 6 （ 2） 0W ： 净 B 分 离 T 0 S 产生
有 W ： 净 > B 分离
定义分离过程热力率学：效
B分离- W净1
非等温可逆 过程为1。
14
例6-3 设环境温度T0=294K，计算：
1. 再沸器负荷（冷凝器负荷给定）
2. 有效能变化
式（6-20），T（i 6-22）中：
Hxi,F CP,idT
(623)
i
TF
Si xi,F(TTFi CTP,idT-Rlnxi,F PiPF)
(624)
返回 12
6.1.3净功消耗和热力学效率
通常，分离过程所需的能量多半是以热能形式 而不是以功的形式提供的。
一般以W净计算能量：
净功消耗：— W净=W入—W出
第三节 分离顺序的选择
返回
-
3
第一节 分离的最小功和热力学效率
6.1.1 等温分离最小功
6.1.2 非等温分离和有效能
6.1.3 净功消耗和热力学效率
返回
-
4
6.1.1 等温分离最小功
热力学第二定律：完成同一变化的任何可 逆过程所需功相等。
连续稳定分离系统：
n1,zi,1, H1
n2,zi,2, H2
一般分离过程：
TC
原料
QC
QR TR
可逆热机功：
产物
W入
Q
R（
T
R TR
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
T0
）
W出
Q
C（
TC TC
T
0
）
-
13
过程消耗的净功：
W净W入W出 分离 QR （ 过 TRT 程 RT0） 产 Q 生 C （ T 料 的 CT C的 T 焓 0） 焓 （ 与6 差 原 2） 5别极小
有： QRQCQ
（6
出
TQS产生0（616）
S产生 ：不可逆过程引变起的熵
设T0 — 环境温度 （规定：海洋、大气、 河水温度）
用 T0乘6（ 1） 6 后6与 1） 5（合并：
n（ kHkT0Sk） n（ j HjT0Sj） T0S产生
出
进
（ 1T T0） QW - S （ 61） 7 10
有效B 能 H 定 T 0S代 义6 入 ： 1） 7 （
物料在相 T、 同 P下 的进入和离开热 ，为 0且混合
故：焓0（ 变H 为0）。 QWmi， nT ◆ 理想溶液液相混合物：
在环境温度压 和力 接下 近进 环入 境和离开
故：焓变 0（ H 也0为 ）。 QWmi， nT
◆ 非理想溶液：
Q （ W m， iT n ） n kH k E njH E j
nm1,zi,m1,Hm1
nm,zi,m,Hm
QW
进出系统物流变量：
系统对环境作功：
z n， i，H，S（熵），Q -
W
5
按热力学第一 （能 定量律 守： 恒）
njHj QnkHkW （61）
进
出
设等温可逆过程：
QT[nkSknjSj] （ 62）
出
进
将 6 2 ） （代 6 1 ） 入 ： （
nkBknjBj T0S产生
出
进
B分离 T0S产生（62） 0
W净 > B分离 (非等温不可逆过程）
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非等温可逆过程： W净 B分离 （S产生 0）
有效能定 B义 H： T0S WmiTn0,B分离 HT0S （62） 2
——过程的热量T0与 的温 热度 库为 交换 W净WmiTn0,B分离 HT0S（可逆过
出
进
（6 9）
若将组 AB 构 分成二元混合 成物 纯 A、B ， 气分 体离 nW Fm RiT T n, [yA,FlnyA,F- yB,FlnyB,F]（ 617 ） 0
二、分离低压下液体混合物
fˆi ixi fi0L 代入6（ 8）： WminT,RTnk[xi,kl（ n i,kxi,k)]
出 n kB k进 njB jT 0 S 产 （ 生 1T T 0） Q W S （ 61） 8
由卡诺循环，等 可当 逆功 热： 机
WCQ（1TT0）（温度 T的 为热源 T0环 向境传热所作
净 W Q净 — 功 — W 消 热 C量 T耗 W 0， ； ST： ——环境 分离、过热 程有源 效能温变度 化
第六章 分离过程的节能
教师：何寿林 制作：何寿林
-
1
混合过程为不可逆过程，其 逆过程（分离过程）耗能。
学习本章意义：
1.确定完成一个分离过程所需理 论最小能量；
2.确定接近此能量极限的实际过
程，或减小使用昂贵能量的实际过
程。
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2
第六章 分离过程的节能
第一节 分离的最小功和热力学效率
第二节 精馏的节能技术
出
进
nkHkEnjHE j ：过剩焓变化
出
进
正偏差溶液：正 过， 剩过 焓程 为为吸热 负偏差溶液：-负 过， 剩过 焓程 为为返放 回9 热
6.1.2非等温分离和有效能
nkHk njHj QWS （615）
出
进
Q：从温度T的 为热源向过程传递热量
WS：过程对环境所作的功
熵平衡：njSj
进
nkSk
W m T i n n k ,H k n jH j T [ n k S k n jS j]
出进
出进
即 W m ： T i n H ,T （ S ）
自由焓 G H 定 TS 义：
W mT i n ,G n kG k njG j（ 65 ）
出进
-
6
混合物的 G 自 zii 由焓：
3. 净功消耗
4. 热力学效率
解：计算机准：1小时
1. 由图解得：D=159.21kmol/h
W=112.95kmol/h
F=272.16kmol/h
全塔热量衡算：QR=34311918.14kJ/h
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T0=294K
QC=32401526kJ/h
319.8K, 1930.5kPa 159.21kmol/ h H D 12793.9kJ / kmol SD 74.69kJ /(kmol K)
ii0R（ T ln fˆiln fˆi0）
W mT i nR , [ Tn（ k zi,kln fˆi,k) n （ j zi,jln fˆi,j)]
出
进
(6 8)
一、分离理想气体混合 物
z i y i f ˆi y iP代6 入 8 ）（ ：
W m T iR n[ , T n （ k y i,k ly n i,k ) n （ j y i,jly n i,j)]